新型電磁制動剎車裝置設計

李恒++韓韶朋++田茂晟++劉其倫

摘 要：本文設計了一種新型電磁制動剎車裝置，利用通電線圈在磁場中所受的電磁力矩對汽車進行制動，并在汽車運行過程中隨時測量車輛行駛過程距障礙物的距離和相對速度，在啟動制動裝置時，數據控制中心根據測得的當前距離和相對速度計算出制動所需的最適減速度，調節通電線圈中的電流大小，使通電線圈受到一個最佳制動電磁力矩，以此給予汽車一個最適制動減速度。

關鍵詞：電磁制動 剎車裝置 電磁力矩

中圖分類號：TE922 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（a）-0054-01

剎車是汽車中的重要部件，現有的剎車系統都利用車輪輪軸與剎車片直接接觸時產生的摩擦力進行制動，這樣的制動方式不利于駕駛員掌握制動力度，尤其是在急剎車時，出于駕駛員緊張用力腳踩制動踏板，往往造成剎車片抱死車輪輪軸，造成安全事故的發生。且這種直接接觸式的制動方式造成剎車片與車輪輪軸材料磨損嚴重，使用壽命有限。如果有一種非接觸式的，智能的制動系統，不僅可以減少因摩擦造成的材料耗損，且能大大減小安全事故的發生。

1 設計原理

假設車輛運行速度大小為，與車輛前方障礙物相距的距離，設車輛輪胎與地面不發生相對滑動，不計輪胎與地面發生的滾動摩擦，制動時安培力矩對車輛產生的有效減速度為，則從開始制動到車輛完全停穩停在障礙物前的制動過程中，車輛各運動學參數符合以下公式：

（1）

由上式可得，車輛在初始速度為的情況下開始制動，要在的距離內完全停止，則制動減速度大小應滿足關系式：

（2）

2 參數和的獲取

在車輛前方適當位置處設置測速、測距裝置，在車輛運行過程中，隨時監測車輛與障礙物的相對速度和相對距離，為避免所測障礙物輪廓不規則、各點距車輛前方距離不等所造成的測量誤差，上述測速、測距裝置采用超聲波測量所需參數。超聲波測量范圍大，能涉及車輛前方所能觸及的范圍，且能測量出車輛距前方障礙物表面各點的速度，在此條件下，僅取各點距離中的最小距離作為有效相對距離即可保證安全。

3 制動原理

磁場中帶電線圈在將受到安培力矩作用，設帶電線圈中的電流值為，線圈在磁場中的投影面積為，磁場強度大小為，則單匝帶電線圈在磁場中所受的安培力矩大小為：

（3）

若帶電線圈共有匝，則其所受的總安培力矩大小計算式為：

（4）

4 電磁剎車的設計

圖1為普通小型汽車底盤的簡化示意圖，在汽車后輪的輪軸兩邊對稱各固定一個線圈，線圈用鋼性鐵蕊牢牢固定，保證車輛制動時，在強大安培力矩作用下，該線圈不會與后輪輪軸發生相對轉動，在線圈兩邊安裝有軸向磁極，在車輛前方適當位置處安裝有超聲波測速裝置和測距裝置，且內置數據處理中心。數據處理中心用于接收超聲波測速、測距裝置測量的數據，并根據車輛當前運行狀態分析電佳制動電流值。

車輛內設計有制動開關，當制動開關被按下時，輪軸上的線圈中立即導入電流，線圈即切割磁感線產生安培力，以此產生阻力矩，使后輪輪軸產生反向轉動趨勢，即開始制動；當制動開關被關閉時，線圈斷路，安培力消失，即停止制動。

在上圖中，假設車輛載物后總質量大小為，軸向磁極中磁場強度大小為，制動線圈共計為匝，制動線圈有效半徑，制動過程中最適電流為，根據上述公式（4），在制動時后輪輪軸受到的阻力矩大小為：

= （5）

阻力力矩對車輛造成的制動水平阻力大小為：

（6）

當司機緊急制動時，車輛減速度的大小為：

（7）

則聯立可求得車輛制動過程中最適電流的大小為：

（8）

5 制動過程

車輛在運行過程中，制動線圈處于斷路狀態，車輛前方的的測距、測速裝置隨時監測車頭距前方障礙物的距離和相對速度，并隨時將測量的數據傳輸給數據處理中心。在緊急制動時，駕駛員啟動制動開關，數據處理中心即刻讀取當前的有效距離和相對速度的值，并通過預先設定好的程序將和的值帶入式（8）進行計算，求得制動最佳電流的值，此時，制動線圈即刻閉合，畜電池即向制動線圈通入大小為的電流，則制動線圈開始在軸向磁場中按安培阻力力矩作用，進而向車輛提供大小為減速度，使車輛能按照計算的最佳狀態停下。

參考文獻

[1] 毛駿健.大學物理學[M].高等教育出版社，2006.

[2] 胡友秋.電磁學與電動力學學[M].科學出版社，2008.

[3] 汽車剎車片的原理與保養新疆汽車網[EB/OL].2012.endprint

摘 要：本文設計了一種新型電磁制動剎車裝置，利用通電線圈在磁場中所受的電磁力矩對汽車進行制動，并在汽車運行過程中隨時測量車輛行駛過程距障礙物的距離和相對速度，在啟動制動裝置時，數據控制中心根據測得的當前距離和相對速度計算出制動所需的最適減速度，調節通電線圈中的電流大小，使通電線圈受到一個最佳制動電磁力矩，以此給予汽車一個最適制動減速度。

關鍵詞：電磁制動 剎車裝置 電磁力矩

中圖分類號：TE922 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（a）-0054-01

剎車是汽車中的重要部件，現有的剎車系統都利用車輪輪軸與剎車片直接接觸時產生的摩擦力進行制動，這樣的制動方式不利于駕駛員掌握制動力度，尤其是在急剎車時，出于駕駛員緊張用力腳踩制動踏板，往往造成剎車片抱死車輪輪軸，造成安全事故的發生。且這種直接接觸式的制動方式造成剎車片與車輪輪軸材料磨損嚴重，使用壽命有限。如果有一種非接觸式的，智能的制動系統，不僅可以減少因摩擦造成的材料耗損，且能大大減小安全事故的發生。

1 設計原理

假設車輛運行速度大小為，與車輛前方障礙物相距的距離，設車輛輪胎與地面不發生相對滑動，不計輪胎與地面發生的滾動摩擦，制動時安培力矩對車輛產生的有效減速度為，則從開始制動到車輛完全停穩停在障礙物前的制動過程中，車輛各運動學參數符合以下公式：

（1）

由上式可得，車輛在初始速度為的情況下開始制動，要在的距離內完全停止，則制動減速度大小應滿足關系式：

（2）

2 參數和的獲取

在車輛前方適當位置處設置測速、測距裝置，在車輛運行過程中，隨時監測車輛與障礙物的相對速度和相對距離，為避免所測障礙物輪廓不規則、各點距車輛前方距離不等所造成的測量誤差，上述測速、測距裝置采用超聲波測量所需參數。超聲波測量范圍大，能涉及車輛前方所能觸及的范圍，且能測量出車輛距前方障礙物表面各點的速度，在此條件下，僅取各點距離中的最小距離作為有效相對距離即可保證安全。

3 制動原理

磁場中帶電線圈在將受到安培力矩作用，設帶電線圈中的電流值為，線圈在磁場中的投影面積為，磁場強度大小為，則單匝帶電線圈在磁場中所受的安培力矩大小為：

（3）

若帶電線圈共有匝，則其所受的總安培力矩大小計算式為：

（4）

4 電磁剎車的設計

圖1為普通小型汽車底盤的簡化示意圖，在汽車后輪的輪軸兩邊對稱各固定一個線圈，線圈用鋼性鐵蕊牢牢固定，保證車輛制動時，在強大安培力矩作用下，該線圈不會與后輪輪軸發生相對轉動，在線圈兩邊安裝有軸向磁極，在車輛前方適當位置處安裝有超聲波測速裝置和測距裝置，且內置數據處理中心。數據處理中心用于接收超聲波測速、測距裝置測量的數據，并根據車輛當前運行狀態分析電佳制動電流值。

車輛內設計有制動開關，當制動開關被按下時，輪軸上的線圈中立即導入電流，線圈即切割磁感線產生安培力，以此產生阻力矩，使后輪輪軸產生反向轉動趨勢，即開始制動；當制動開關被關閉時，線圈斷路，安培力消失，即停止制動。

在上圖中，假設車輛載物后總質量大小為，軸向磁極中磁場強度大小為，制動線圈共計為匝，制動線圈有效半徑，制動過程中最適電流為，根據上述公式（4），在制動時后輪輪軸受到的阻力矩大小為：

= （5）

阻力力矩對車輛造成的制動水平阻力大小為：

（6）

當司機緊急制動時，車輛減速度的大小為：

（7）

則聯立可求得車輛制動過程中最適電流的大小為：

（8）

5 制動過程

車輛在運行過程中，制動線圈處于斷路狀態，車輛前方的的測距、測速裝置隨時監測車頭距前方障礙物的距離和相對速度，并隨時將測量的數據傳輸給數據處理中心。在緊急制動時，駕駛員啟動制動開關，數據處理中心即刻讀取當前的有效距離和相對速度的值，并通過預先設定好的程序將和的值帶入式（8）進行計算，求得制動最佳電流的值，此時，制動線圈即刻閉合，畜電池即向制動線圈通入大小為的電流，則制動線圈開始在軸向磁場中按安培阻力力矩作用，進而向車輛提供大小為減速度，使車輛能按照計算的最佳狀態停下。

參考文獻

[1] 毛駿健.大學物理學[M].高等教育出版社，2006.

[2] 胡友秋.電磁學與電動力學學[M].科學出版社，2008.

[3] 汽車剎車片的原理與保養新疆汽車網[EB/OL].2012.endprint

摘 要：本文設計了一種新型電磁制動剎車裝置，利用通電線圈在磁場中所受的電磁力矩對汽車進行制動，并在汽車運行過程中隨時測量車輛行駛過程距障礙物的距離和相對速度，在啟動制動裝置時，數據控制中心根據測得的當前距離和相對速度計算出制動所需的最適減速度，調節通電線圈中的電流大小，使通電線圈受到一個最佳制動電磁力矩，以此給予汽車一個最適制動減速度。

關鍵詞：電磁制動 剎車裝置 電磁力矩

中圖分類號：TE922 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（a）-0054-01

剎車是汽車中的重要部件，現有的剎車系統都利用車輪輪軸與剎車片直接接觸時產生的摩擦力進行制動，這樣的制動方式不利于駕駛員掌握制動力度，尤其是在急剎車時，出于駕駛員緊張用力腳踩制動踏板，往往造成剎車片抱死車輪輪軸，造成安全事故的發生。且這種直接接觸式的制動方式造成剎車片與車輪輪軸材料磨損嚴重，使用壽命有限。如果有一種非接觸式的，智能的制動系統，不僅可以減少因摩擦造成的材料耗損，且能大大減小安全事故的發生。

1 設計原理

假設車輛運行速度大小為，與車輛前方障礙物相距的距離，設車輛輪胎與地面不發生相對滑動，不計輪胎與地面發生的滾動摩擦，制動時安培力矩對車輛產生的有效減速度為，則從開始制動到車輛完全停穩停在障礙物前的制動過程中，車輛各運動學參數符合以下公式：

（1）

由上式可得，車輛在初始速度為的情況下開始制動，要在的距離內完全停止，則制動減速度大小應滿足關系式：

（2）

2 參數和的獲取

在車輛前方適當位置處設置測速、測距裝置，在車輛運行過程中，隨時監測車輛與障礙物的相對速度和相對距離，為避免所測障礙物輪廓不規則、各點距車輛前方距離不等所造成的測量誤差，上述測速、測距裝置采用超聲波測量所需參數。超聲波測量范圍大，能涉及車輛前方所能觸及的范圍，且能測量出車輛距前方障礙物表面各點的速度，在此條件下，僅取各點距離中的最小距離作為有效相對距離即可保證安全。

3 制動原理

磁場中帶電線圈在將受到安培力矩作用，設帶電線圈中的電流值為，線圈在磁場中的投影面積為，磁場強度大小為，則單匝帶電線圈在磁場中所受的安培力矩大小為：

（3）

若帶電線圈共有匝，則其所受的總安培力矩大小計算式為：

（4）

4 電磁剎車的設計

圖1為普通小型汽車底盤的簡化示意圖，在汽車后輪的輪軸兩邊對稱各固定一個線圈，線圈用鋼性鐵蕊牢牢固定，保證車輛制動時，在強大安培力矩作用下，該線圈不會與后輪輪軸發生相對轉動，在線圈兩邊安裝有軸向磁極，在車輛前方適當位置處安裝有超聲波測速裝置和測距裝置，且內置數據處理中心。數據處理中心用于接收超聲波測速、測距裝置測量的數據，并根據車輛當前運行狀態分析電佳制動電流值。

車輛內設計有制動開關，當制動開關被按下時，輪軸上的線圈中立即導入電流，線圈即切割磁感線產生安培力，以此產生阻力矩，使后輪輪軸產生反向轉動趨勢，即開始制動；當制動開關被關閉時，線圈斷路，安培力消失，即停止制動。

在上圖中，假設車輛載物后總質量大小為，軸向磁極中磁場強度大小為，制動線圈共計為匝，制動線圈有效半徑，制動過程中最適電流為，根據上述公式（4），在制動時后輪輪軸受到的阻力矩大小為：

= （5）

阻力力矩對車輛造成的制動水平阻力大小為：

（6）

當司機緊急制動時，車輛減速度的大小為：

（7）

則聯立可求得車輛制動過程中最適電流的大小為：

（8）

5 制動過程

車輛在運行過程中，制動線圈處于斷路狀態，車輛前方的的測距、測速裝置隨時監測車頭距前方障礙物的距離和相對速度，并隨時將測量的數據傳輸給數據處理中心。在緊急制動時，駕駛員啟動制動開關，數據處理中心即刻讀取當前的有效距離和相對速度的值，并通過預先設定好的程序將和的值帶入式（8）進行計算，求得制動最佳電流的值，此時，制動線圈即刻閉合，畜電池即向制動線圈通入大小為的電流，則制動線圈開始在軸向磁場中按安培阻力力矩作用，進而向車輛提供大小為減速度，使車輛能按照計算的最佳狀態停下。

參考文獻

[1] 毛駿健.大學物理學[M].高等教育出版社，2006.

[2] 胡友秋.電磁學與電動力學學[M].科學出版社，2008.

[3] 汽車剎車片的原理與保養新疆汽車網[EB/OL].2012.endprint